【技术实现步骤摘要】
本申请涉及器官芯片领域，特别是一种器官芯片及肺气体交换模型。
技术介绍
1、器官芯片是一种仿生细胞微培养系统，可在一定程度上模拟体内器官生理过程，预测药物反应，避免动物实验带来的伦理、高费用及种属差异等问题，为疾病的机制探索、临床前研究、药物开发提供有力的辅助。
2、其中，2010年emulate公司公开的基于器官芯片的经典肺气体交换模型包含上下两个主流道及左右两个气腔室。在上下两个主流道之间的聚二甲基硅氧烷多孔膜两侧分别培养肺上皮细胞及血管内皮细胞，以构建肺部气血屏障；在上下主流道中分别引入气体和流动培养基提供气体剪切力与液体剪切力，分别模拟呼吸过程中气体进入肺泡与肺毛细微血管内的血流剪切；在侧腔室施加压力变化驱动侧腔室与主流道之间侧壁的形变，可实现中间聚二甲基硅氧烷多孔膜在二维平面上的动态拉伸，从而模拟呼吸过程中肺泡壁的扩张与回缩。
3、该类经典的肺气体交换模型已广泛应用于各类疾病模型的建立及药物筛选，在传染性疾病(如covid-19、流感)、肺癌、阻塞性肺部疾病及哮喘疾病模型的建立及疫苗的研发上发挥重要作用。
4、肺气体交换模型构建了可拉伸形变的肺泡-肺毛细血管气-血交换屏障结构，可在一定程度上模拟体内动态呼吸微环境，但是，该类肺气体交换模型产生二维尺度单一方向上的拉伸与回缩，难以真实地模拟体内由横膈膜与胸膜腔运动而带动肺泡发生的三维扩张收缩，模拟效果有待进一步提升。
5、一些相关技术中提出了直接对主流道施加压力，引起聚二甲基硅氧烷多孔膜三维变形的技术方案，但是在目前的方案中
6、此外，在构造肺气体交换模型时，聚二甲基硅氧烷多孔膜还存在其它的一些缺陷，表现为以下几点：
7、(1)相关技术中的聚二甲基硅氧烷多孔膜厚度一般为10～50μm，而体内肺部气血屏障厚度平均接近0.1μm，因此模拟不够准确。
8、(2)聚二甲基硅氧烷材料缺乏亲水性、渗透性，因此，成膜后还需要加工出通孔以提高渗透性。
9、(3)聚二甲基硅氧烷材料较硬、缺乏弹性，较难实现模拟肺泡形变过程。
10、(4)聚二甲基硅氧烷材料不可在短时间内降解，难以形成上下层细胞融合的屏障，如气血屏障。
技术实现思路
1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种器官芯片及肺气体交换模型，器官芯片能够更加真实地模拟肺泡在呼吸过程中的生理变化。
2、根据本申请提供的器官芯片，包括培养膜和致动膜，所述器官芯片还形成有培养室和至少两个致动室，所述培养膜将所述培养室分隔为第一培养室和第二培养室，所述致动膜分隔所述第二培养室和各个所述致动室，所述致动室限定所述致动膜的可变形区域，至少两个所述致动室沿圆周环绕所述培养室的轴线等距间隔布置，位于所述致动室的所述致动膜能够响应于所述致动室的压力变化而变形，以在所述致动室和所述第二培养室之间传导压力变化，所述培养膜能够响应于所述第二培养室的压力变化而变形。
3、根据本申请提供的器官芯片，至少具有如下技术效果：本申请通过调节致动室的压力，使得致动室与培养室之间的致动膜发生变形，进而引起培养室的压力变化，使得培养膜发生三维形变，相比于二维的拉伸形变，三维形变更加接近肺泡的真实生理变化，更有利于建立肺泡肺上皮细胞与血管内皮细胞在三维动态微环境下的信息交流和气体交换，真实模拟肺泡在呼吸过程中的生理性膨胀收缩及生物信息交流与有效气体交换，为呼吸系统疾病临床前研究及药物开发提供可靠的技术平台；在此基础上，本申请采用多个致动室进行制动，在模拟肺泡壁的往复扩张和收缩时，多个致动室沿圆周环绕所述培养室的轴线等距间隔布置(也就是均匀分布)，同时产生作用力牵引培养膜，从而使得培养膜受到的牵引力更加均匀，减轻甚至消除培养膜扩张时的受力不均现象，器官芯片能够更加真实地模拟肺泡在呼吸过程中的生理变化。
4、根据本申请的一些实施例，所述培养膜采用水凝胶多孔膜。
5、根据本申请的一些实施例，所述水凝胶多孔膜可降解。
6、根据本申请的一些实施例，所述培养膜的初始厚度大于或等于5μm并且小于或等于100μm。
7、根据本申请的一些实施例，所述培养膜整体浸染生物大分子。
8、根据本申请的一些实施例，所述生物大分子包括胶原、纤连蛋白和层黏连蛋白，所述胶原包括一型胶原或四型胶原。
9、根据本申请的一些实施例，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面为圆形。
10、根据本申请的一些实施例，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面由靠近所述培养膜的一侧向远离所述培养膜的一侧逐渐增大。
11、根据本申请的一些实施例，所述第一培养室为肺上皮细胞培养室，所述第二培养室为血管内皮细胞培养室。
12、根据本申请的一些实施例，所述器官芯片形成有压力孔，所述压力孔与所述致动室连通，所述压力孔用于连接外部的压力端。
13、根据本申请的一些实施例，所述压力孔通过对称的压力流道分别连通各个所述致动室。
14、根据本申请的一些实施例，所述致动膜采用聚二甲基硅氧烷膜。
15、根据本申请的一些实施例，所述器官芯片包括第一层和第二层，所述第一层和所述第二层分别贴合在所述培养膜的两侧，所述第一培养室位于所述第一层，所述第二培养室位于所述第二层。
16、根据本申请的一些实施例，所述致动膜贴合在所述第二层背离所述培养膜的一侧，所述器官芯片包括第三层，所述致动室位于所述第三层，所述第三层贴合在所述致动膜背离所述培养膜的一侧。
17、根据本申请的一些实施例，所述器官芯片包括第四层，所述第四层贴合在所述第一层背离所述培养膜的一侧，所述第四层形成有进液孔和出液孔，两组所述进液孔分别与所述第一培养室和所述第二培养室连通，两组所述出液孔分别与所述第一培养室和所述第二培养室连通。
18、根据本申请的一些实施例，所述第一层形成有第一过流通道和第二过流通道，所述第一过流通道连通所述进液孔和所述第一培养室，所述第二过流通道连通所述出液孔和所述第一培养室；所述第二层形成有第三过流通道和第四过流通道，所述第三过流通道连通所述进液孔和所述第二培养室，所述第四过流通道连通所述出液孔和所述第二培养室。
19、根据本申请的一些实施例，所述第一层还形成有第五过流通道和第六过流通道，所述进液孔通过所述第五过流通道连通所述第三过流通道，所述出液孔通过所述第六过流通道连通所述第四过流通道。
20、根据本申请的一些实施例，所述第一层形成有溢胶槽，两组所述溢胶槽分别环绕所述第五过流通道和所述第六过流通道，所述溢胶槽用于容纳所述第一层粘接时产生的多余的胶水。
21、根据本申请的一些实施例，所述第一过流通道和所述第二过流通道在所述纵向上贯穿所述第一层，所述第三过流通道和所述第四过流通道在所述纵向上贯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种器官芯片，其特征在于，所述器官芯片形成有培养室和至少两个致动室，所述器官芯片包括：
2.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜采用水凝胶多孔膜。
3.根据权利要求2所述的器官芯片，其特征在于，所述水凝胶多孔膜可降解。
4.根据权利要求3所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜的初始厚度大于或等于5μm并且小于或等于100μm。
5.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜整体浸染生物大分子。
6.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面为圆形。
7.根据权利要求6所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面由靠近所述培养膜的一侧向远离所述培养膜的一侧逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片形成有压力孔，所述压力孔与所述致动室连通，所述压力孔用于连接外部的压力端。
9.根据权利要求8所述的器官芯片，其特征在于，所述压力孔通过对称的压力流道分别连通各个所述致动
10.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述致动膜采用聚二甲基硅氧烷膜。
11.根据权利要求1至10任一项所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室为肺上皮细胞培养室，所述第二培养室为血管内皮细胞培养室。
12.根据权利要求1至10任一项所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片包括第一层和第二层，所述第一层和所述第二层在纵向上分别贴合在所述培养膜的两侧，所述第一培养室位于所述第一层，所述第二培养室位于所述第二层。
13.根据权利要求12所述的器官芯片，其特征在于，所述致动膜贴合在所述第二层背离所述培养膜的一侧，所述器官芯片包括第三层，所述致动室位于所述第三层，所述第三层贴合在所述致动膜背离所述培养膜的一侧。
14.根据权利要求13所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片包括第四层，所述第四层贴合在所述第一层背离所述培养膜的一侧，所述第四层形成有进液孔和出液孔，两组所述进液孔分别与所述第一培养室和所述第二培养室连通，两组所述出液孔分别与所述第一培养室和所述第二培养室连通。
15.根据权利要求14所述的器官芯片，其特征在于，所述第一层形成有至少一个第一过流通道和至少一个第二过流通道，所述第一过流通道连通所述进液孔和所述第一培养室，所述第二过流通道连通所述出液孔和所述第一培养室；所述第二层形成有至少一个第三过流通道和至少一个第四过流通道，所述第三过流通道连通所述进液孔和所述第二培养室，所述第四过流通道连通所述出液孔和所述第二培养室。
16.根据权利要求15所述的器官芯片，其特征在于，所述第一层还形成有至少一个第五过流通道和至少一个第六过流通道，所述进液孔通过所述第五过流通道连通所述第三过流通道，所述出液孔通过所述第六过流通道连通所述第四过流通道。
17.根据权利要求16所述的器官芯片，其特征在于，所述第一层形成有溢胶槽，两组所述溢胶槽分别环绕所述第五过流通道和所述第六过流通道，所述溢胶槽用于容纳所述第一层粘接时产生的多余的胶水。
18.根据权利要求15所述的器官芯片，其特征在于，所述第一过流通道和所述第二过流通道在所述纵向上贯穿所述第一层，所述第三过流通道和所述第四过流通道在所述纵向上贯穿所述第二层，位于所述第一层的所述第一过流通道、所述第二过流通道和位于所述第二层的所述第三过流通道、所述第四过流通道之间相互错开。
19.根据权利要求14所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片包括夹板，两个所述夹板在所述纵向上分别位于所述器官芯片的两端，所述夹板夹紧所述器官芯片的其余部分。
20.一种肺气体交换模型，其特征在于，所述肺气体交换模型包括权利要求1至19任一项所述的器官芯片。
...【技术特征摘要】
1.一种器官芯片，其特征在于，所述器官芯片形成有培养室和至少两个致动室，所述器官芯片包括：
2.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜采用水凝胶多孔膜。
3.根据权利要求2所述的器官芯片，其特征在于，所述水凝胶多孔膜可降解。
4.根据权利要求3所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜的初始厚度大于或等于5μm并且小于或等于100μm。
5.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述培养膜整体浸染生物大分子。
6.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面为圆形。
7.根据权利要求6所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室和/或所述第二培养室的横截面由靠近所述培养膜的一侧向远离所述培养膜的一侧逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片形成有压力孔，所述压力孔与所述致动室连通，所述压力孔用于连接外部的压力端。
9.根据权利要求8所述的器官芯片，其特征在于，所述压力孔通过对称的压力流道分别连通各个所述致动室。
10.根据权利要求1所述的器官芯片，其特征在于，所述致动膜采用聚二甲基硅氧烷膜。
11.根据权利要求1至10任一项所述的器官芯片，其特征在于，所述第一培养室为肺上皮细胞培养室，所述第二培养室为血管内皮细胞培养室。
12.根据权利要求1至10任一项所述的器官芯片，其特征在于，所述器官芯片包括第一层和第二层，所述第一层和所述第二层在纵向上分别贴合在所述培养膜的两侧，所述第一培养室位于所述第一层，所述第二培养室位于所述第二层。
13.根据权利要求12所述的器官芯片，其特征在于，所述致动膜贴合在所述第二层背离所述培养膜的一侧，所述器官芯片包括第三层，所述致动室位于所述第三层，所述第三层贴合在所述致动膜背离所述培养膜的一侧。<...
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